企業關鍵信息的幾何級增長、應用程序和業務過程復雜度的激增、嚴格的服務級別要求(如信息24×7小時可用性的需求)導致了TB/PB/EB級海量數據的產生。如何應對大數據存儲的挑戰和保證業務的連續性，并且高效地管理存儲基礎架構成為研究的重點。隨著云計算和云存儲的發展，存儲虛擬化和其他關鍵技術(如重復數據消除和壓縮、精簡資源調配、聯合存儲訪問和存儲分層的運用使得這一難題的破解成為可行。高效的存儲和管理不僅為用戶提供更高質量的服務，而且還可以降低用戶成本，實現高效低碳的環保型存儲。

1、存儲基礎架構管理中的虛擬化技術

作為云計算環境的核心基礎架構，數據中心通常由百萬級以上節點組成，存儲其上的數據規模往往達到PB級甚至EB級，常態化的數據失效成為云計算應用和推廣的瓶頸。因此，高效的存儲管理成為云存儲研究的關鍵點。

在數據中心執行的主要存儲基礎架構管理活動大致分為可用性管理(根據定義的服務級別建立適當的指導原則以確保可用性)、容量管理(確保資源可用性足以滿足其服務級別要求)、性能管理(確保所有組件達到最優的運行效率)、安全管理(確保虛擬化和非虛擬化環境中的信息的機密性、完整性和可用性)和報告(跟蹤和收集各種組件/進程的信息，用來生成趨勢分析、容量規劃、按存儲容量使用計費和性能的報告，并說明存儲基礎架構組件的基本配置)。

如圖1所示，存儲基礎架構管理的關鍵組件包括：服務器、網絡、存儲陣列。如果能在IT基礎架構的各個層次上運用虛擬化技術，便可以使復雜的存儲基礎架構管理任務變得更加靈活、輕松、高效。

(1)存儲層的虛擬化

存儲虛擬化已支持動態遷移數據和擴展存儲卷。由于動態擴展，可以無中斷方式擴展存儲卷，以便滿足容量和性能要求。由于虛擬化突破了呈現給主機的存儲卷及其物理存儲之間的綁定，因此數據可在數據中心中或跨數據中心遷移，而不會產生任何宕機。改變基礎架構管理成本和復雜性方案的另一工具是虛擬存儲資源調配。在傳統資源調配中，存儲容量根據未來增長的預期提前進行資源調配。由于增長是不均勻的，因此一些用戶或應用程序會發現自己容量不足，而另一些用戶或應用程序還有許多未使用的容量。使用虛擬資源調配可解決這一難題，它使容量管理面臨的挑戰更小。在虛擬資源調配中，存儲是從共享池按需分配到主機的，如此能提高可用容量的利用率，從而降低容量管理的復雜度。

(2)網絡層的虛擬化

虛擬化還提高了網絡管理效率。VSAN和VLAN允許以邏輯方式將一個物理網絡隔離成若干不同的虛擬網絡，并且可快速重新配置節點，而無需進行任何物理更改，使管理工作更加輕松，它還解決了一些可能存在于常規環境中的安全問題。

(3)計算層的虛擬化

在主機端，計算虛擬化能使主機部署、重新配置和遷移比在物理環境中更輕松。計算、應用程序和內存虛擬化不僅改進了資源調配，還有助于實現資源的高可用性。

2、虛擬化存儲管理案例——為新服務器/主機分配存儲空間

圖2展示了在向新服務器/主機分配存儲空間時，在服務器、SAN和存儲陣列上執行的活動。該案例需要將新的RDBMS服務器部署到現有非虛擬化存儲基礎架構中，步驟如下：

(1)管理員需要在服務器上安裝和配置HBA和設備驅動程序以將其物理連接到SAN。建議在服務器上安裝可選的多路徑軟件。同時，存儲陣列端口也應連接到SAN。

(2)管理員需要在SAN交換機上分區，以允許新服務器通過其HBA訪問存儲陣列端口。為保證服務器和存儲陣列之間存在冗余路徑，新服務器HBA應連接到不同的交換機，并通過不同的陣列端口分區。同時，需要在陣列上配置LUN，然后將這些LUN分配給存儲陣列前端端口。此外，可在存儲陣列上配置LUN掩蔽，以限制特定服務器對LUN的訪問。

(3)服務器通過“總線重新掃描”進程發現分配給它的LUN。在主機上創建邏輯卷和文件系統(其數目取決于希望數據庫或應用程序使用存儲的方式)，以便于管理員在新的文件系統空間安裝和使用數據庫或應用程序。

在虛擬化環境中，將存儲調配到運行RDBMS的虛擬機上需要執行不同的管理任務。與非虛擬化環境類似，必須通過SAN在承載虛擬機的物理服務器和存儲陣列之間建立物理連接。在SAN級別，可將VSAN配置為在物理服務器和存儲陣列之間傳輸數據。VSAN可將此存儲通信與SAN中的任何其他通信隔開，并且管理員可在VSAN中配置分區。在存儲端，管理員需要從共享存儲池中創建精簡LUN，并將這些精簡LUN分配到存儲陣列前端端口。與物理環境類似，需要在存儲陣列上執行LUN掩蔽。在物理服務器端，虛擬機管理程序可發現分配的LUN，并且可以創建邏輯卷和文件系統來存儲和管理虛擬機文件。然后，管理員可創建虛擬機并在其上安裝OS和RDBMS。創建虛擬機時，虛擬機管理程序會在虛擬機管理程序文件系統中創建虛擬磁盤文件和其他虛擬機文件。虛擬磁盤文件作為SCSI磁盤顯示給虛擬機用于存儲RDBMS數據。或者，虛擬機管理程序啟用虛擬資源調配，以創建精簡虛擬磁盤并將其分配到虛擬機。虛擬機管理程序通常具有本機多路徑功能，也可以將第三方多路徑軟件安裝在虛擬機管理程序上。

3、面臨的挑戰及優化方案

由于存儲陣列、網絡、服務器、數據庫和應用程序具有異構性，因而監視和管理當今復雜的存儲基礎架構環境變得極具挑戰。例如，異構存儲陣列在容量、性能、保護和體系結構方面各不相同;存儲基礎架構部署了SAN和IP網絡;以及使用不同操作系統(如Unix、Linux、Windows)的服務器或大型機。這些來自不同供應商的產品和服務會產生互聯問題，增加了管理存儲基礎架構的復雜度。如圖3所示。

數據中心的每個組件通常附帶著供應商特定的工具來進行管理。然而在一個使用多種工具(工具之間可能無法互操作)的環境下，理解環境的整體狀況并提供組件間的故障、影響和行為分析非常困難。理想情況下，管理工具應該能夠將所有組件的信息整合起來，以提供基于整體環境的端到端視圖和更快的根源分析，從而更快地解決警報。

如圖4所示，優化的解決方案應充分了解基礎架構的整體狀況，并提供每次故障的根源分析。此方案還應在多供應商存儲環境中提供集中監視和管理，并創建存儲基礎架構的端到端視圖。端到端監視的優勢在于它能夠將一個組件的行為與另一個組件的行為關聯起來。這有助于在逐個查看每個組件不足以揭露問題的實際原因時調試或分析問題。集中監視和管理系統應從所有組件收集信息，并通過單一用戶界面管理這些信息。此外，它必須使用方法(例如電子郵件和簡單網絡管理協議(SNMP)陷阱)提供向管理員通知各種事件的機制。它還應能夠生成監視報告和運行自動化腳本，以使任務自動化。